PřF:C9550 Spektroskopické metody - Informace o předmětu
C9550 Kvantová chemie a molekulová spektroskopie
Přírodovědecká fakultapodzim 2015
- Rozsah
- 2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
- Vyučující
- doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
Cina Foroutannejad, Ph.D. (pomocník) - Garance
- doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta - Rozvrh
- Út 11:00–12:50 C12/311
- Předpoklady
- Absolvování přednášky C9920.
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- předmět má 12 mateřských oborů, zobrazit
- Cíle předmětu
- Na konci kurzu budou studenti rozumět souvislostem mezi elektronovou strukturou a spektroskopiskymi parametry molekul. Budou schopni interpretovat jednoducha spektra rotacni, vibracni, elektronova, elektronova paramagneticka a jaderna magneticka.
- Osnova
- 1. Principy molekulové spektroskopie. 1.1 Úvod 1.1.1 Význam pojmu spektroskopie 1.1.2 Emise, absorpce, stimulovaná emise a rozptyl záření. 1.1.3 Oblasti vlnových délek EM záření a druhy molekulových excitací. 1.2 Šířka linií 1.2.1 Spektrální rozlišení 1.2.2 Přirozená šířka linií (z Heisenbergových relací neurčitosti) 1.2.3 Dopplerovské rozšíření, rozšíření vlivem tlaku, redukce rozšíření 1.3 Intenzita linií 1.3.1 Populace hladin při spontánní emisi, absorpci, a stimulované emisi 1.3.2 Stacionární stav 1.3.3 Intenzita linií pro absorpci 2. Kvantověmechanické základy molekulové spektroskopie 2.1 Postuláty kvantové mechaniky 2.1.1 Postulát o vlnové funkci 2.1.2 Postulát o operátorech 2.1.3 Postulát o střední hodnotě veličiny 2.1.4 Postulát o časově závislé Schrödingerově rovnici 2.2 Stacionární stavy 2.3 Princip výběrových pravidel: Pojem přechodového momentu 3. Rotační spektra 3.1 Rotace částice 3.1.1 Postup řešení Schrödingerovy rovnice pro částici na kruhu 3.1.2 Rozšíření pro částici na sféře, vztah řešení k atomovým orbitalům 3.2 Přechod od částice k tuhému rotátoru 3.2.1 Kinetická energie rotující molekuly (klasicky) 3.2.2 Klasifikace molekul z hlediska symetrie 3.3 Volný lineární rotátor 3.3.1 Tuhý rotátor: Hladiny energie a jejich degenerace 3.3.2 Odvození výběrových pravidel 3.3.3 Rozdíly mezi hladinami energie, vliv degenerace a Boltzmannovské distribuce 3.3.4 Příklad: Hladiny energie, degenerace, populace, a vzhled spektra pro CO 3.3.5 Aplikace rotační spektroskopie, detekce molekul v mezihvězdném prostoru 3.3.6 Netuhý rotátor 4. Vibrační spektra 4.1 Harmonický oscilátor 4.1.1 Newtonova pohybová rovnice 4.1.2 Schrödingerova vlnová rovnice vibrační hladiny energie 4.1.3 Tvar zkušební funkce, princip rekurzního vztahu 4.1.4 Původ kvantování, hladiny energie a vlnové funkce 4.2 Vibrace dvouatomových molekul 4.2.1 Harmonický vs. Morseho potenciál: 4.2.2 Výběrová pravidla pro harmonické a anharmonické vibrace 4.2.3 Rotační struktura vibračních spekter, příklad: HCl 4.3 Vibrace polyatomických molekul na příkladu CO2 4.3.1 Kartézské výchylkové souřadnice, pohybové rovnice 4.3.2 Hmotnostně vážené výchylkové souřadnice, pohybové rovnice 4.3.3 Vibrační sekulární rovnice, výpočet vlastních hodnot 4.3.4 Vlastní vektory a pojem normálního módu 4.3.5 Pojem normálních souřadnic 5. Elektronová spektra 5.1 Elektronová spektra dvouatomových molekul 5.1.1 Born-Oppenheimerova aproximace 5.1.2 Franck-Condonův princip (“Výběrová pravidla pro elektronové přechody”) 5.2 Hückelova teorie molekulových orbitalů (HMO) 5.3 Fotoelektronová spektra 5.3.1 Princip fotoelektronové spektroskopie 5.3.2 Fotoelektronová spektra atomů 5.3.3 Fotoelektronová spektra molekul: korelace s HMO orbitálními energiemi 5.4 Elektronová spektra víceatomových molekul 5.4.1 Elektronové excitace π→π* a n→π* v molekule HCOH 5.4.2 Elektronová spektra aromatických uhlovodíků, vztah k rozložení náboje 6. Elektronová paramagnetická rezonance (EPR) 6.1 Kvantověmechanický popis spinu 6.1.1 Operátory a vlastní funkce spinu 6.1.2 Vektorový model spinu v magnetickém poli 6.2 Přechody mezi vlastními stavy 6.2.1 Hladiny energie a přechody v přítomnosti magnetického jádra 6.2.2 Techniky pro sledování přechodů. 6.3 Spinový Hamiltonián a jeho parametry 6.3.1 g-hodnota a g-tenzor 6.3.2 Hyperjemná štěpící konstanta a A tenzor 6.3.3 Jemné štěpení v nulovém poli 6.4 Spinový Hamiltonián a struktura molekul 6.4.1 Spinová populace a spinová hustota 6.4.2 Spinová polarizace 6.4.3 McConnelův vztah pro protony v organických radikálech: rozložení spinu 6.4.4 McConnelův vztah pro protony: míra pyramidalizace 7. Nukleární magnetická rezonance (NMR) 7.1 Vlastní hodnoty energie a výběrová pravidla 7.2 NMR spinový Hamiltonián a jeho parametry 7.3 Základní pravidla pro přiřazení multipletů 7.4 Strukturní závislost spin-spinové interakce: Karplusova rovnice 8. Princip výběrových pravidel 8.1 Vlnová funkce jako kombinace dvou stavů, mísící koeficienty 8.2 Úprava Schrödingerovy rovnice v přítomnosti časově závislé poruchy 8.3 Přechod pro periodickou poruchu 8.3.1 Závislost na dvojici stavů, přechodový moment 8.3.2 Závislost na frekvenci poruchy
- Literatura
- doporučená literatura
- HOLLAS, J. Michael. Modern spectroscopy. 4th ed. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2004, xxvii, 452. ISBN 0470844167. URL info
- neurčeno
- ATKINS, P. W. a R. S. FRIEDMAN. Molecular quantum mechanics. 5th ed. New York: Oxford University Press, 2011, xiv, 537. ISBN 9780199541423. info
- CELÝ, Jan. Základy kvantové mechaniky pro chemiky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1983, 161 s. info
- LEVINE, Ira N. Molecular spectroscopy. New York: John Wiley & Sons, 1975, x, 491. ISBN 0471531286. info
- Výukové metody
- Přednášky
- Metody hodnocení
- Písemná zkouška formou testu a následující ústní pohovor. Z celkového počtu 40 bodů je pro úspěšné absolvování nutné získat minimálně 20 bodů.
- Navazující předměty
- Informace učitele
- http://www.chemi.muni.cz/nmr/radek/C9950/index.html
- Další komentáře
- Předmět je vyučován každoročně.
- Statistika zápisu (podzim 2015, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2015/C9550